Pontos-chave na seleção de protetores contra surtos e análise de problemas relacionados.

O protetor contra surtos é um protetor de circuito de alta eficiência que, ao suportar alta tensão transitória e pulsos de alta energia, reduz rapidamente (10⁻⁹ segundos) a impedância original de alta para baixa, e o pulso de interferência de alta tensão transitória para a tensão predeterminada, protege eficazmente os equipamentos e dispositivos sensíveis contra danos, garantindo o funcionamento do circuito sem interferências.

(1) Os dispositivos de proteção contra surtos são divididos em três níveis.
O primeiro nível de proteção pode descarregar a corrente direta do raio ou a enorme energia transmitida quando a linha de transmissão de energia é atingida diretamente por um raio. A proteção do primeiro nível deve ser um para-raios trifásico com fonte de alimentação chaveada, e seu fluxo de raio não deve ser inferior a 60 kA. Geralmente utilizado para distribuição geral.
O objetivo do segundo estágio é limitar ainda mais o valor da sobretensão residual através do para-raios do primeiro estágio para 1500-2000 V e implementar a conexão equipotencial para lpz1-lpz2. Quando a saída do para-raios de potência da linha do painel de distribuição for usada como proteção de segundo nível, deve-se utilizar um para-raios de potência com limitação de tensão, cuja capacidade de corrente de raio não deve ser inferior a 20 kA.

O objetivo do terceiro nível é proteger definitivamente o equipamento e reduzir o valor da sobretensão residual para menos de 1000 V. Como proteção de terceiro nível, deve-se utilizar um para-raios de potência com limitação de tensão em série, cuja capacidade de corrente de descarga atmosférica não deve ser inferior a 10 kA. Geralmente, é utilizado em equipamentos de distribuição de energia em terminais.
Diferentes sistemas de distribuição devem selecionar dispositivos de proteção contra surtos correspondentes, que podem ser divididos em TN (TN-S, NC, TN-CS), it e TT.

1) Proteção primária
O objetivo é impedir que a sobretensão seja conduzida diretamente da área lpz0 para a área lpz1 e limitar a sobretensão de dezenas de milhares a centenas de milhares de volts a 2500-3000 V.
Quando o para-raios de potência instalado no lado de baixa tensão do transformador de energia residencial é usado como proteção de primeiro nível, ele deve ser um para-raios de potência com comutação de tensão trifásico, e seu fluxo de raio não deve ser inferior a 60 kA. Este nível de para-raios de potência deve ser um para-raios de alta capacidade conectado entre cada fase da linha de entrada do sistema de fornecimento de energia do usuário e o aterramento. O professor Di, do ensino online de projeto elétrico, geralmente exige que este nível de para-raios de potência tenha uma capacidade máxima de impacto superior a 100 kA por fase e a tensão limite exigida seja inferior a 1500 V, sendo denominado para-raios de potência de nível clássico. Esses para-raios eletromagnéticos são projetados para suportar a alta corrente de raios e descargas atmosféricas induzidas, além de atrair surtos de alta energia, podendo desviar grande parte da corrente de surto para o aterramento. Eles fornecem apenas a tensão limite (quando a corrente de impulso flui através do para-raios, a tensão máxima na linha é chamada de tensão limite) como proteção de nível médio, porque o protetor de nível clássico absorve principalmente a grande corrente de surto e, sozinho, não consegue proteger completamente os equipamentos elétricos sensíveis dentro do sistema de fornecimento de energia.

O para-raios de primeiro nível pode prevenir ondas de raio de 10/350µs e 100kA, atingindo o mais alto padrão de proteção especificado pela IEC.
A referência técnica é: o fluxo de raio é maior ou igual a 100 kA (10 / 350 µs); o valor da tensão residual não deve ser superior a 2,5 kV; o tempo de resposta é menor ou igual a 100 ns.
2) Proteção secundária
O objetivo é limitar ainda mais o valor da tensão residual de surto através do para-raios de primeiro nível para 1500-2000V e implementar a conexão equipotencial para lpz1-lpz2.
Quando a saída do para-raios de alta potência da linha do painel de distribuição for usada como proteção de segundo nível, o para-raios de alta potência com limitação de tensão deverá ser instalado no ponto de distribuição que alimenta equipamentos elétricos importantes ou sensíveis, e sua capacidade de corrente de raio não deverá ser inferior a 20 kA. O Sr. Di, em seu curso online de projeto elétrico, explicou que esses para-raios de alta potência podem absorver melhor a energia residual de surto que passa pelo para-raios na entrada da fonte de alimentação do usuário e têm um excelente efeito inibidor sobre sobretensões transitórias.

A capacidade máxima de impulso do para-raios de potência utilizado neste caso deve ser superior a 45 kA por fase, e a tensão limite exigida deve ser inferior a 1200 V, o que caracteriza um para-raios de potência Classe II. Geralmente, se o sistema de alimentação elétrica do usuário atingir o segundo nível de proteção, os requisitos de operação dos equipamentos elétricos serão atendidos.
O protetor de classe C é adotado para o para-raios de classe II para proteção completa das fases I, II e III, e os principais parâmetros técnicos são: capacidade de corrente de raio maior ou igual a 40 kA (8/20 µs); o valor de pico da tensão residual não deve ser superior a 1000 V; o tempo de resposta não deve ser superior a 25 ns.

3) Proteção de terceiro nível
O objetivo é proteger o equipamento reduzindo a tensão residual de surto para menos de 1000V, de forma que a energia do surto não danifique o equipamento.
Quando o para-raios de potência instalado na entrada da fonte de alimentação CA de equipamentos eletrônicos de informação for usado como proteção de terceiro nível, deverá ser um para-raios de potência com limitação de tensão em série, e sua capacidade de corrente de raio não deverá ser inferior a 10 kA.
Por fim, um para-raios de potência integrado pode ser usado na fonte de alimentação interna de equipamentos elétricos para eliminar completamente pequenas sobretensões transitórias. O Sr. Di, em seu curso online de projeto elétrico, afirmou que a capacidade máxima de impacto do para-raios de potência utilizado deve ser de 20 kA por fase ou menos, e a tensão limite exigida deve ser inferior a 1000 V. Para alguns equipamentos eletrônicos particularmente importantes ou sensíveis, é necessário um terceiro nível de proteção, que também pode proteger o equipamento elétrico contra sobretensões transitórias geradas internamente. Para fontes de alimentação retificadoras utilizadas em equipamentos de comunicação por micro-ondas, equipamentos de comunicação de estações base móveis e equipamentos de radar, para-raios de alimentação CC com tensão de operação adequada devem ser selecionados como proteção não-nivelada, de acordo com as necessidades de proteção da tensão de operação.

4) De acordo com o nível de tensão suportável do equipamento protegido
Se a proteção contra descargas atmosféricas de dois níveis for capaz de limitar a tensão abaixo do nível de tensão suportável do equipamento, apenas a proteção de dois níveis será necessária. Caso o nível de tensão suportável do equipamento seja baixo, quatro ou mais níveis de proteção poderão ser necessários. A capacidade de corrente de descarga atmosférica do quarto nível de proteção não deverá ser inferior a 5 kA.
(2) Por que o fusível e o disjuntor devem ser instalados antes do protetor contra surtos?
Quando a corrente de pico que passa pelo protetor contra surtos é maior que seu IMAX (corrente máxima de pico), o protetor entra em curto-circuito e falha, resultando em uma falha no circuito. Para interromper o curto-circuito, é necessário instalar um disjuntor ou fusível. O Sr. Di, professor online de projeto elétrico, explica que cada descarga atmosférica causa o envelhecimento do protetor contra surtos. Por exemplo, se a corrente persistir por um longo período, o protetor superaquecerá e acelerará seu envelhecimento. Nesse caso, o sistema de proteção térmica do disjuntor ou fusível precisa atuar para desconectar o protetor contra surtos antes que ele atinja a temperatura máxima permitida.

Requisitos do protetor contra surtos para fusível e disjuntor: quando 20 pulsos de teste padrão de 8/20 microssegundos e 1,2/50 microssegundos são aplicados sob a corrente nominal, o disjuntor ou fusível não desarmará. Quando o protetor contra surtos estiver danificado e em curto-circuito, o disjuntor ou fusível deverá atuar. Se o protetor contra surtos for um módulo de comutação, como seu modo de falha é circuito aberto, ele pode ser protegido sem disjuntor e fusível em miniatura.
Tanto o fusível quanto o disjuntor podem ser usados ​​como proteção superior contra surtos. Características do fusível: O fusível possui duas funções de proteção: retardo de longo tempo e corrente instantânea com características de limite de tempo inverso. Conforme explicado no curso online de projeto elétrico do Sr. Di, o fusível é usado como proteção contra sobrecarga e curto-circuito, respectivamente, ou seja, o elemento fusível deve ser substituído após a queima. Características do disjuntor: O disjuntor possui proteção contra corrente instantânea e proteção térmica contra sobrecarga. Após a desconexão por falha, ele pode ser rearmado manualmente sem a necessidade de substituição de componentes.
Observe a diferença entre as linhas de entrada: um protetor contra surtos de 440 V deve ser selecionado para um sistema trifásico de 280 V com cinco fios ou um sistema trifásico de 380 V com quatro fios. Um protetor contra surtos de 220 V deve ser selecionado para um sistema monofásico de 220 V com dois fios ou um sistema monofásico de 220 V com três fios. Além disso, observe: o nível de proteção do protetor contra surtos selecionado é nível 2 para 280 V trifásico na linha de entrada do edifício residencial; e nível 3 para 220 V monofásico.
Após a entrada da linha do sistema TN-CS na caixa de distribuição geral do edifício, a linha de derivação se divide em linha N e linha PE. Basta instalar um protetor contra surtos entre a linha de fase I e a linha de derivação.
A chave seletora na parte frontal do protetor contra surtos permite escolher entre fusível e disjuntor. Geralmente, recomenda-se selecionar um fusível de 40 a 63 A para IMAX > 40 kA e um disjuntor de 20 a 32 A para IMAX < 40 kA.

(3) Protetor contra surtos e para-raios são a mesma coisa?
Embora tanto o protetor contra surtos quanto o para-raios tenham a função de prevenir sobretensões, especialmente sobretensões causadas por raios, eles ainda apresentam muitas diferenças em sua aplicação.
1) Os para-raios possuem múltiplos níveis de tensão, variando de baixa tensão de 0,38 kV a ultra-alta tensão de 500 kV, enquanto os dispositivos de proteção contra surtos geralmente possuem apenas produtos de baixa tensão;

2) Os para-raios são instalados principalmente no sistema primário para evitar a incidência direta de raios, enquanto os protetores contra surtos são instalados principalmente no sistema secundário, como medida complementar após o para-raios eliminar a incidência direta de raios ou quando o para-raios não consegue eliminá-la;

3) O para-raios é usado para proteger equipamentos elétricos, e o protetor contra surtos é usado principalmente para proteger instrumentos ou medidores eletrônicos;
4) Como o para-raios está conectado ao sistema elétrico primário, ele deve ter isolamento externo adequado e dimensões consideráveis. Como o protetor contra surtos é conectado à baixa tensão, seu tamanho pode ser bem reduzido.